薄壁离心钢管混凝土电杆刚度计算的研究

变截面薄壁离心钢管混凝土拨梢杆在输变电及通信塔工程中得到广泛应用.工程设计中对变截面薄 壁离心钢管混凝土电杆的刚度验算,是保证工程质量和工程安全必不可少的设计程序,如何快捷正确的验 算变截面薄壁离心钢管混凝土电杆的刚度,提高工作效率,用计算机进行刚度验算是非常快捷有效的方 法.本文就是研究用计算机作为计算工具,来验算变截面薄壁离心钢管混凝土电杆的刚度.

    1　薄壁离心钢管混凝土变截面电杆的物理模型

薄壁离心钢管混凝土电杆受地线张力、导线张力、风压和施工时的安装拉力等力的作用,这些作用力 可简化为垂直于电杆轴线方向的若干集中荷载和均布荷载,其最大作用力是当集中荷载和均布荷载均作 用在同一方向上时,如图1所示.我们研究的电杆刚度就是在此物理模型基础上的计算方法.其电杆的截 面如图2所示.电杆是不等径的,其底端直径大于顶端直径.电杆的钢管壁厚和混凝土壁厚的截面尺寸是 电杆刚度的重要因素,当电杆设计满足了强度要求时,其电杆的刚度不一定能达到规范规定所需的要求, 因此,通过验算薄壁离心钢管混凝土电杆的刚度来保证电杆的稳定性,这是工程设计中的一个重要环节.

    2　薄壁离心钢管混凝土电杆刚度计算公式

薄壁离心钢管混凝土电杆的作用力可分别计算集中荷载和均布荷载在电杆顶部所产生的挠度.

    2.1　集中荷载在电杆顶部产生的挠度

如图3所示,在电杆的垂直轴线方向上,将电杆分成步长为ΔX的m等分,当ΔX相对很小时,ΔX段 可近似看作为等径圆柱体.对于其中第I段上的作用力,根据力的传递可分解成P和M如图4所示.

        其中:ES——为钢的弹性模量;EC——为混凝土的弹性模量;D1——为第i段钢管混凝土的外直径Φ;D2——为外直径减去钢管壁厚;D2=D1-t;D3——为外直径减去负管壁厚与混凝土壁厚;D3=D1-t-d

        同理d=d1或d2,d3,……,dk.

        对于n个集中力产生的挠度为:fP=f1+f2+……+fn-1+fn(2-7)

    2.2　均布荷载在电杆顶部产生的挠度

        均布荷载在杆顶产生的挠度可以对每段的挠度求和得出,第i段根据力的传递其计算模型如图5、图6所示.

        公式(2-8)、(2-9)、(2-10)中的EI为钢管混凝土的刚度与(2-6)式相同.

        式(2-9)和(2-10)中的q为大风产生的风压,其计算公式为:　q=KβDCV²(2-11)

        式中:β为综合系数(包括风压系数、风压高度变化系数、风压调整系数);DC为钢管混凝土第i段的平均直径;V为最大风速;K为常量(K=4.375×10^-4).